(57)【要約】  本発明は、ウェイストゲート弁を開いているときに加速要求が生じた場合の加速応答性を向上することを目的とする。  本発明の内燃機関の制御装置は、排気通路に配置されたタービンと吸気通路に配置されたコンプレッサとを有するターボチャージャと、タービンの上流側の排気通路と下流側の排気通路とを連通するバイパス通路を開閉するウェイストゲート弁と、ウェイストゲート弁を駆動する駆動機構と、駆動機構によりウェイストゲート弁を開く場合に、ウェイストゲート弁の開度が、バイパス通路を通過する排気ガス流量が飽和する最小の開度である飽和最小開度になるようにすべく、駆動機構を制御するウェイストゲート弁開度制御手段と、を備える。
2011114448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置されたタービンと吸気通路に配置されたコンプレッサとを有するターボチャージャと、
前記タービンの上流側の排気通路と下流側の排気通路とを連通するバイパス通路を開閉するウェイストゲート弁と、
前記ウェイストゲート弁を駆動する駆動機構と、
前記駆動機構により前記ウェイストゲート弁を開く場合に、前記ウェイストゲート弁の開度が、前記バイパス通路を通過する排気ガス流量が飽和する最小の開度である飽和最小開度になるようにすべく、前記駆動機構を制御するウェイストゲート弁開度制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記ウェイストゲート弁開度制御手段は、
前記内燃機関の運転状態と、前記飽和最小開度との関係を規定した基本開度マップと、
前記基本開度マップを用いて算出された開度に基づいて、前記駆動機構を制御する駆動機構制御手段と、
を含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記ウェイストゲート弁開度制御手段は、
前記タービンの下流側の排気通路の圧力を検出または推定するタービン下流圧力取得手段と、
前記タービンの上流側の排気通路の圧力を検出または推定するタービン上流圧力取得手段と、
前記タービン下流圧力取得手段により取得されたタービン下流圧力と、前記タービン上流圧力取得手段により取得されたタービン上流圧力とに基づいて、前記飽和最小開度を算出する飽和最小開度算出手段と、
前記ウェイストゲート弁の開度が、前記飽和最小開度算出手段により算出された開度に近づくようにすべく、前記駆動機構を制御する開度補正手段と、
を含むことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
内燃機関の排気通路に配置されたタービンと吸気通路に配置されたコンプレッサとを有するターボチャージャと、
前記タービンの上流側の排気通路と下流側の排気通路とを連通するバイパス通路を開閉するウェイストゲート弁と、
前記ウェイストゲート弁を駆動する駆動機構と、
前記ウェイストゲート弁が開いている場合に、前記ウェイストゲート弁に作用する開閉方向の合力がゼロに近くなるようにすべく、前記駆動機構による駆動力を制御する駆動力制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記駆動力制御手段は、
前記駆動機構が前記ウェイストゲート弁に及ぼす開閉方向の力を算出する駆動力算出手段と、
前記タービンの上流側の圧力と下流側の圧力との差によって前記ウェイストゲート弁が受ける開閉方向の力を算出する自然開閉力算出手段と、
前記駆動力算出手段により算出された駆動力と、前記自然開閉力算出手段により算出された自然開閉力との合力がゼロになるようにすべく、前記駆動機構による駆動力を補正する駆動力補正手段と、
を含むことを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記駆動機構は、
前記ウェイストゲート弁と連動するように前記ウェイストゲート弁に連結部材を介して連結されたダイアフラムと、
前記ダイアフラムを介した両側に圧力の差を付与する圧力付与手段と、
前記ウェイストゲート弁を開方向または閉方向に付勢する付勢手段と、
を有し、
前記駆動力算出手段は、
前記ダイアフラムが前記ウェイストゲート弁に及ぼす開閉方向の力を算出する第１の算出手段と、
前記付勢手段が前記ウェイストゲート弁に及ぼす開閉方向の力を算出する第２の算出手段と、
を含み、
前記駆動力補正手段は、前記第１の算出手段により算出されたダイアフラム力と、前記第２の算出手段により算出された付勢力と、前記自然開閉力算出手段により算出された自然開閉力との合力がゼロになるようにするべく、前記圧力付与手段により付与される圧力を制御することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記ウェイストゲート弁に対し閉方向の付勢力を作用させる付勢手段を備え、
前記付勢手段は、前記ウェイストゲート弁開度の増大に伴って前記付勢力が増加するとともに、前記ウェイストゲート弁開度の増大に対する前記付勢力の増加率が、所定の境界開度を境に大開度側で小開度側より大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記境界開度は、前記内燃機関の所定の運転状態の下で前記ウェイストゲート弁を開いた場合に前記バイパス通路を通過する排気ガス流量が飽和する最小のウェイストゲート弁開度に等しい開度に設定されていることを特徴とする請求項７記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャを備えた内燃機関において、タービンの上流側と下流側とを連通するバイパス通路を開閉するウェイストゲート弁が広く用いられている。過給圧が必要以上に高くなると、ノッキングが発生し易いなどの弊害がある。そこで、従来、過給圧が規定値以上になった場合にウェイストゲート弁が開くようにし、過給圧がそれ以上に上昇することを防止している。【０００３】
また、近年では、ウェイストゲート弁の開閉をアクチュエータによって積極的に制御する技術も提案されている。例えば、日本特開２００６−２７４８３１号公報には、スロットル開度とエンジン回転数とに基づいて基本ウェイストゲート弁開度を算出し、目標過給圧と実過給圧との偏差に基づいてウェイストゲート弁開度補正量を算出し、この両者から算出した目標ウェイストゲート弁開度になるように実ウェイストゲート弁開度を制御する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本特開２００６−２７４８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ウェイストゲート弁の開閉をアクチュエータによって制御可能な内燃機関では、定常運転時にウェイストゲート弁を開くことが可能である。定常運転時に、ウェイストゲート弁を開くことにより、背圧が低下してポンプ損失が低減するので、燃費特性を改善することができる。【０００６】
しかしながら、定常運転時にウェイストゲート弁を開いていると、加速要求が生じた場合に、加速応答性が悪化し易い。過給圧を上昇させるためにはウェイストゲート弁を閉じてターボ回転数を上昇させる必要があるので、ウェイストゲート弁を開いているときに加速要求が生ずると、ウェイストゲート弁を閉じるのに必要な時間の分だけ、過給圧の上昇が遅れ、それに伴って加速の開始も遅れるためである。【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、ウェイストゲート弁を開いているときに加速要求が生じた場合の加速応答性を向上することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の排気通路に配置されたタービンと吸気通路に配置されたコンプレッサとを有するターボチャージャと、
前記タービンの上流側の排気通路と下流側の排気通路とを連通するバイパス通路を開閉するウェイストゲート弁と、
前記ウェイストゲート弁を駆動する駆動機構と、
前記駆動機構により前記ウェイストゲート弁を開く場合に、前記ウェイストゲート弁の開度が、前記バイパス通路を通過する排気ガス流量が飽和する最小の開度である飽和最小開度になるようにすべく、前記駆動機構を制御するウェイストゲート弁開度制御手段と、
を備えることを特徴とする。【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記ウェイストゲート弁開度制御手段は、
前記内燃機関の運転状態と、前記飽和最小開度との関係を規定した基本開度マップと、
前記基本開度マップを用いて算出された開度に基づいて、前記駆動機構を制御する駆動機構制御手段と、
を含むことを特徴とする。【００１０】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記ウェイストゲート弁開度制御手段は、
前記タービンの下流側の排気通路の圧力を検出または推定するタービン下流圧力取得手段と、
前記タービンの上流側の排気通路の圧力を検出または推定するタービン上流圧力取得手段と、
前記タービン下流圧力取得手段により取得されたタービン下流圧力と、前記タービン上流圧力取得手段により取得されたタービン上流圧力とに基づいて、前記飽和最小開度を算出する飽和最小開度算出手段と、
前記ウェイストゲート弁の開度が、前記飽和最小開度算出手段により算出された開度に近づくようにすべく、前記駆動機構を制御する開度補正手段と、
を含むことを特徴とする。【００１１】
また、第４の発明は、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の排気通路に配置されたタービンと吸気通路に配置されたコンプレッサとを有するターボチャージャと、
前記タービンの上流側の排気通路と下流側の排気通路とを連通するバイパス通路を開閉するウェイストゲート弁と、
前記ウェイストゲート弁を駆動する駆動機構と、
前記ウェイストゲート弁が開いている場合に、前記ウェイストゲート弁に作用する開閉方向の合力がゼロに近くなるようにすべく、前記駆動機構による駆動力を制御する駆動力制御手段と、
を備えることを特徴とする。【００１２】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記駆動力制御手段は、
前記駆動機構が前記ウェイストゲート弁に及ぼす開閉方向の力を算出する駆動力算出手段と、
前記タービンの上流側の圧力と下流側の圧力との差によって前記ウェイストゲート弁が受ける開閉方向の力を算出する自然開閉力算出手段と、
前記駆動力算出手段により算出された駆動力と、前記自然開閉力算出手段により算出された自然開閉力との合力がゼロになるようにすべく、前記駆動機構による駆動力を補正する駆動力補正手段と、
を含むことを特徴とする。【００１３】
また、第６の発明は、第５の発明において、
前記駆動機構は、
前記ウェイストゲート弁と連動するように前記ウェイストゲート弁に連結部材を介して連結されたダイアフラムと、
前記ダイアフラムを介した両側に圧力の差を付与する圧力付与手段と、
前記ウェイストゲート弁を開方向または閉方向に付勢する付勢手段と、
を有し、
前記駆動力算出手段は、
前記ダイアフラムが前記ウェイストゲート弁に及ぼす開閉方向の力を算出する第１の算出手段と、
前記付勢手段が前記ウェイストゲート弁に及ぼす開閉方向の力を算出する第２の算出手段と、
を含み、
前記駆動力補正手段は、前記第１の算出手段により算出されたダイアフラム力と、前記第２の算出手段により算出された付勢力と、前記自然開閉力算出手段により算出された自然開閉力との合力がゼロになるようにするべく、前記圧力付与手段により付与される圧力を制御する。【００１４】
また、第７の発明は、第１乃至第６の発明の何れかにおいて、
前記ウェイストゲート弁に対し閉方向の付勢力を作用させる付勢手段を備え、
前記付勢手段は、前記ウェイストゲート弁開度の増大に伴って前記付勢力が増加するとともに、前記ウェイストゲート弁開度の増大に対する前記付勢力の増加率が、所定の境界開度を境に大開度側で小開度側より大きくなるように構成されている。【００１５】
また、第８の発明は、第７の発明において、
前記境界開度は、前記内燃機関の所定の運転状態の下で前記ウェイストゲート弁を開いた場合に前記バイパス通路を通過する排気ガス流量が飽和する最小のウェイストゲート弁開度に等しい開度に設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によれば、燃費特性を改善するためにウェイストゲート弁を開く場合に、燃費特性の改善効果が最大限に得られる範囲で最小の開度（飽和最小開度）になるようにウェイストゲート弁を制御することができる。これにより、ウェイストゲート弁を閉じるのに要する時間を短縮することができる。このため、燃費特性を十分に改善することと、加速要求が生じた場合の加速応答性を可能な限り良くすることとを両立することができる。【００１７】
第２の発明によれば、簡単な方法でウェイストゲート弁開度を飽和最小開度に制御することができる。【００１８】
第３の発明によれば、ウェイストゲート弁開度をより正確に飽和最小開度に制御することができる。【００１９】
第４の発明によれば、燃費特性を改善するためにウェイストゲート弁を開いている場合にウェイストゲート弁に作用する開閉方向の合力がゼロに近くなるようにすることができる。これにより、ウェイストゲート弁を閉じる際に必要な駆動機構の駆動力変化を最小にすることができる。このため、ウェイストゲート弁を閉じるのに要する時間を短縮することができる。その結果、燃費特性を十分に改善することと、加速要求が生じた場合の加速応答性を可能な限り良くすることとを両立することができる。【００２０】
第５の発明によれば、ウェイストゲート弁に作用する開閉方向の合力がゼロに近くなるように、精度良く制御することができる。【００２１】
第６の発明によれば、ウェイストゲート弁に作用する開閉方向の合力がゼロに近くなるように、精度良く制御することができる。【００２２】
第７の発明によれば、ウェイストゲート弁を大きく開いていた場合であっても、加速要求が発生したときにウェイストゲート弁を迅速に閉じることができ、良好な加速応答性が得られる。【００２３】
第８の発明によれば、ウェイストゲート弁を大きく開いていた場合に、燃費特性の改善効果が最大限に得られる範囲で最小の開度にまで、ウェイストゲート弁を迅速に閉じることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】ダイアフラム式アクチュエータを示す縦断面図である。
【図３】ウェイストゲート弁および正圧型ダイアフラム式アクチュエータを模式的に示す図である。
【図４】ウェイストゲート弁および負圧型ダイアフラム式アクチュエータを模式的に示す図である。
【図５】バイパス流量および押出損失と、ウェイストゲート弁開度との関係を示す図である。
【図６】ウェイストゲート開口面積を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図８】新気量とタービン下流圧力との関係を表すマップである。
【図９】膨張比と過給圧との関係を表すマップである。
【図１０】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態３におけるダイアフラム式アクチュエータを示す縦断面図である。
【図１２】ウェイストゲート弁を閉じるまでに要する時間を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００２６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、車両等に搭載される内燃機関１０（以下、単に「エンジン１０」と称する）を備えている。エンジン１０の各気筒１２には、燃料インジェクタ、点火プラグ、吸気弁、排気弁等がそれぞれ設けられている。また、エンジン１０は、各気筒１２の筒内に吸入空気を送る吸気通路１４と、筒内から排気ガスが排出される排気通路１６とを備えている。吸気通路１４には、吸入空気量を調整するスロットル弁１８が設けられている。
【００２７】
また、エンジン１０は、排気エネルギーを利用して吸入空気を過給するターボチャージャ２０を備えている。ターボチャージャ２０は、排気通路１６に設けられたタービン２２と、吸気通路１４に設けられたコンプレッサ２４とを備えている。タービン２２が排気圧を受けて回転することによりコンプレッサ２４を駆動し、これによりコンプレッサ２４が吸入空気を圧縮する。
【００２８】
タービン２２の上流側の排気通路１６と下流側の排気通路１６との間には、それらを連通（バイパス）するバイパス通路２６が設けられている。バイパス通路２６は、ウェイストゲート弁２８により開閉される。ウェイストゲート弁２８は、ダイアフラム式アクチュエータ３０により駆動される。
【００２９】
本実施形態のシステムは、更に、以下に述べる各センサを含むセンサ系統と、エンジン１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０とを備えている。クランク角センサ３４は、エンジン１０のクランク軸の回転に同期した信号を出力する。ＥＣＵ５０は、クランク角センサ３４の出力に基いてエンジン回転数およびクランク角を検出することができる。エアフローメータ３６は、吸気通路１４に吸入される新気量を検出する。吸気温センサ３８は、吸入空気の温度を検出する。過給圧センサ４０は、コンプレッサ２４の出口側の圧力（以下、「過給圧」と称し、記号Ｐ3で表す）を検出する。アクセル開度センサ４２は、車両の運転者によるアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出する。車速センサ４４は、車両の速度を検出する。
【００３０】
また、センサ系統には、上記の他にも、車両やエンジンの制御に必要な各種のセンサ（例えばエンジン冷却水の温度を検出する水温センサ、排気空燃比を検出する空燃比センサ等）が含まれており、これらのセンサはＥＣＵ５０の入力側に接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力側には、燃料インジェクタ、点火プラグ等を含む各種のアクチュエータのほか、電動ポンプ８４および圧力調整弁８６が接続されている。
【００３１】
ＥＣＵ５０は、センサ系統によりエンジンの運転情報を検出し、その検出結果に基いて各アクチュエータを駆動することにより、運転制御を行う。具体的には、クランク角センサ３４の出力に基いてエンジン回転数とクランク角とを検出し、エアフローメータ３６により吸入空気量を検出する。また、吸入空気量、エンジン回転数等に基いて燃料噴射量を算出し、クランク角に基いて燃料噴射時期、点火時期等を決定した後に、燃料インジェクタおよび点火プラグを駆動する。また、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数、吸入空気量等に基づいて、エンジン１０の負荷の指標であるエンジン負荷率を算出する。
【００３２】
ダイアフラム式アクチュエータ３０の接続口６８には、圧力配管８２を介して、圧力（正圧）を発生可能な圧力源としての電動ポンプ８４が接続されている。圧力配管８２の途中には、電動ポンプ８４からダイアフラム式アクチュエータ３０に供給される圧力を調整する圧力調整弁８６が設けられている。圧力調整弁８６は、例えば電磁駆動式の三方弁等により構成され、ＥＣＵ５０から入力される駆動信号に基いて、電動ポンプ８４で発生される圧力の一部または全部を大気解放する。これにより、ダイアフラム式アクチュエータ３０に供給される圧力を、電動ポンプ８４により発生される最大圧力から大気圧に近い値まで任意に調整することができる。
【００３３】
次に、ダイアフラム式アクチュエータ３０の構成について説明する。図２は、ダイアフラム式アクチュエータ３０を示す縦断面図である。図２に示すように、ダイアフラム式アクチュエータ３０は、ハウジング６０と、ダイアフラム６２と、ロッド７２と、付勢部材としてのコイルバネ７４とを備えている。ダイアフラム６２は、例えばゴム、樹脂等の可撓性を有する材料により形成され、ハウジング６０内に配置されている。ダイアフラム６２は、その外周部がハウジング６０の内周部に固定されている。ハウジング６０の内部空間は、ダイアフラム６２により、高圧室６４と低圧室６６とに区画されている。これら２つの圧力室は、ダイアフラム６２の一側と他側に配置されている。ハウジング６０には、高圧室６４に連通する接続口６８が形成されている。前述したように、接続口６８は電動ポンプ８４に接続されている。このため、電動ポンプ８４より発生され、圧力調整弁８６によって調整された圧力は、高圧室６４内に導入される。一方、低圧室６６内は、大気圧に維持される。ロッド７２の基端部は、ハウジング６０内でダイアフラム６２の中央部に固定されている。また、ロッド７２の先端側は、ハウジング６０から外部に突出し、図１中に示すリンク３２を介して、ウェイストゲート弁２８に連結されている。また、コイルバネ７４は、低圧室６６内に圧縮状態で配置されている。このコイルバネ７４は、ダイアフラム６２を高圧室６４側に向けて常時付勢している。
【００３４】
図３は、ウェイストゲート弁２８およびダイアフラム式アクチュエータ３０を模式的に示す図である。図３に示すように、ウェイストゲート弁２８は、タービン２２の上流側と下流側とを連通するバイパス通路２６の出口を開閉する。ウェイストゲート弁２８は、上流側から下流側に向かって開くように構成されている。図３は、バイパス通路２６の出口がウェイストゲート弁２８により閉じられた状態、つまり全閉状態を示している。ウェイストゲート弁２８のアーム２８１は、回転軸２８２に固定されている。回転軸２８２には、リンク３２も固定されている。このような構成により、ウェイストゲート弁２８とリンク３２とは、回転軸２８２を中心として一体となって回動する。図３に示す全閉状態から、ロッド７２が図３中で右方向に変位すると、ウェイストゲート弁２８が開く。
【００３５】
ロッド７２が軸方向に変位する距離（以下、「ロッド７２の変位量」と称する）は、ウェイストゲート弁２８が開く角度と対応する。このため、ウェイストゲート弁２８の開度（以下、「ウェイストゲート弁開度」と称する）を表す指標として、ロッド７２の変位量を利用することが可能である。そこで、以下の説明では、ロッド７２の変位量をウェイストゲート弁開度として代用し、記号ｘで表すこととする。なお、図３に示す全閉状態におけるロッド７２の位置（すなわち、ウェイストゲート弁開度）をｘ＝０とし、ウェイストゲート弁２８が開く方向をｘの正方向とする。
【００３６】
すなわち、ウェイストゲート弁開度ｘは、全閉状態に対応するｘ＝０と、全開状態（ウェイストゲート弁２８が機械的にそれ以上開かなくなる状態）に対応する所定値（＞０）との間で変化する。
【００３７】
ウェイストゲート弁２８の開閉方向に作用する力は、摩擦力を除けば、高圧室６４と低圧室６６との圧力差によってダイアフラム６２が及ぼす力（以下、「ダイアフラム力」と称する）と、コイルバネ７４が及ぼす付勢力（以下、「バネ力」と称する）と、タービン２２の上流側の圧力と下流側の圧力との差によってウェイストゲート弁２８自体が受ける力（以下、「自然開閉力」と称する）との３つである。以下の説明では、ウェイストゲート弁２８の開閉方向に作用する力を、ロッド７２に作用する軸力で表すこととする。
【００３８】
ロッド７２に作用するダイアフラム力をＦD、高圧室６４に作用するゲージ圧力（以下、「ダイアフラム圧力」と称する）をＰD、ダイアフラム６２の有効面積をＳDすると、ダイアフラム力ＦDは、次式により算出することができる。
ＦD＝ＰD・ＳD      ・・・（１）
【００３９】
ロッド７２に作用するバネ力をＦSP、コイルバネ７４のバネ定数をｋ、全閉状態でのコイルバネ７４の圧縮量をｗ0とすると、バネ力ＦSPは、次式により算出することができる。
ＦSP＝ｋ・（ｗ0＋ｘ）      ・・・（２）
【００４０】
ウェイストゲート弁２８が受ける自然開閉力を、ロッド７２に作用する力に換算した値をＦΔPとし、タービン２２の上流側の圧力（以下、「タービン上流圧力」と称する）をＰ4、タービン２２の下流側の圧力（以下、「タービン下流圧力」と称する）をＰ6、バイパス通路２６の出口の流路断面積をＳWGV、アーム２８１の有効長とリンク３２の有効長との比をＬとすると、自然開閉力ＦΔPは、次式により算出することができる。
ＦΔP＝（Ｐ4−Ｐ6）・ＳWGV・Ｌ      ・・・（３）
【００４１】
上記３つの力が作用する向きは、それぞれ、図３中に矢印で示す方向である。従って、ウェイストゲート弁２８に作用する上記３つの力の合力Ｆは、開く方向を正とすると、次式により算出することができる。
Ｆ＝ＦD＋ＦΔP−ＦSP      ・・・（４）
【００４２】
高圧室６４に電動ポンプ８４からの圧力が作用していない状態では、ＦD＝０となり、Ｆ＜０となる。このため、ウェイストゲート弁２８に作用する合力Ｆは、閉じる方向となるので、ウェイストゲート弁２８は全閉状態となる。すなわち、本実施形態の構成では、高圧室６４に電動ポンプ８４からの圧力が作用していない場合には、ウェイストゲート弁２８はコイルバネ７４の付勢力によって全閉状態に維持される。
【００４３】
高圧室６４に作用する圧力ＰDを高くしていくと合力Ｆが増大していき、合力Ｆが各可動部の静摩擦による力を超えたところで、ウェイストゲート弁２８が開き始める。しかしながら、ウェイストゲート弁開度ｘが大きくなるほど、バネ力ＦSPが増大することによって合力Ｆが小さくなるので、ある開度においてウェイストゲート弁２８が停止する。すなわち、ウェイストゲート弁開度ｘは、全閉と全開との間に位置する開度（以下、「中間開度」と称する）に保持される。この場合、高圧室６４に作用する圧力ＰDが高くなるほど、ウェイストゲート弁２８が停止する中間開度は大きくなる。そして、高圧室６４に作用する圧力ＰDが更に高くなり、ある値以上になると、ウェイストゲート弁２８は全開状態となる。このように、高圧室６４に作用する圧力ＰDとウェイストゲート弁開度ｘとの間には関係がある。このため、本実施形態において、ＥＣＵ５０は、高圧室６４に作用する圧力ＰDを圧力調整弁８６によって制御することにより、ウェイストゲート弁開度ｘを制御することができる。
【００４４】
なお、本実施形態においては、電動ポンプ８４および圧力調整弁８６により圧力付与手段が構成されている。ただし、本発明では、ダイアフラム式アクチュエータを駆動するための圧力源は、電動ポンプ８４に限定されるものではない。例えば、エンジン１０により直接に駆動される機械式ポンプや、タービン２２の下流側の過給圧などを圧力源として用いてもよい。
【００４５】
以上説明した本実施形態のダイアフラム式アクチュエータ３０は、正圧型のものであるが、本発明では、負圧型のダイアフラム式アクチュエータを用いることも可能である。図４は、負圧型のダイアフラム式アクチュエータ３０’を用いた場合の構成を模式的に示す図である。以下、図４を参照して、負圧型のダイアフラム式アクチュエータ３０’を用いた場合について、正圧型との相違点のみ、簡単に説明する。
【００４６】
図４に示すように、負圧型のダイアフラム式アクチュエータ３０’では、高圧室６４と、低圧室６６およびコイルバネ７４との配置が、正圧型のダイアフラム式アクチュエータ３０と比べて、ダイアフラム６２を介して逆になっている。低圧室６６に連通する接続口６８は、負圧ポンプあるいは吸気管負圧などの圧力源と接続される。高圧室６４内は、大気圧に維持される。バネ力ＦSPは、次式により算出することができる。
ＦSP＝ｋ・（ｗ0−ｘ）      ・・・（５）
【００４７】
ダイアフラム力ＦDおよびバネ力ＦSPが作用する向きは、それぞれ、図４中に矢印で示す方向である。従って、ウェイストゲート弁２８に作用する上記３つの力の合力Ｆは、開く方向を正とすると、次式により算出することができる。
Ｆ＝−ＦD＋ＦΔP＋ＦSP      ・・・（６）
【００４８】
負圧型のダイアフラム式アクチュエータ３０’では、低圧室６６に負圧源からの圧力が作用していない状態では、Ｆ＞０となり、ウェイストゲート弁２８は開いた状態となる。そして、低圧室６６に作用する負圧を大きくしていくことにより、ウェイストゲート弁開度が小さくなっていき、低圧室６６に作用する負圧がある値以上になると、ウェイストゲート弁２８は全閉状態に維持される。
【００４９】
以上、正圧型および負圧型のダイアフラム式アクチュエータについて説明したが、本発明で使用可能なダイアフラム式アクチュエータは、正圧型および負圧型に限定されるものではなく、いかなるタイプのものであってもよい。例えば、高圧室６４と低圧室６６との両方に、圧力源からの圧力を作用させるようなタイプのものでもよい。以下の説明では、原則として、正圧型のダイアフラム式アクチュエータ３０を用いた場合について代表して説明する。
【００５０】
本実施形態においてＥＣＵ５０は、エンジン１０が定常運転状態にある場合、すなわちエンジン回転数およびエンジン負荷率がほぼ一定である場合に、ウェイストゲート弁２８を開く制御を実行する。これにより、エンジン１０の背圧が低下し、各気筒１２のピストンが排気ガスを排気通路１６に押し出すために要する仕事（以下、「押出損失」と称する）が低減するので、燃費特性を改善することができる。以下の説明では、ウェイストゲート弁２８を開いているときにバイパス通路２６を通過する排気ガス流量を「バイパス流量」と称する。
【００５１】
本発明者らは、上記の制御においてウェイストゲート弁２８を開いた場合の、バイパス流量および押出損失と、ウェイストゲート弁開度との関係を調査した。図５は、あるエンジン回転数およびエンジン負荷率における、上記の関係を示す図である。図５中、バイパス流量は、ウェイストゲート弁２８を全開としたときのバイパス流量に対する百分率で表されている。
【００５２】
図５に示すように、ウェイストゲート弁開度を全閉から徐々に大きくしていくと、バイパス流量は増加していき、押出損失は低下していく。しかしながら、ウェイストゲート弁開度が、ある特定の中間開度に達したところで、バイパス流量は飽和する。すなわち、ウェイストゲート弁開度をそれ以上大きくしてもバイパス流量はそれ以上増加しなくなる。以下の説明では、上述したような性質の中間開度（すなわち、バイパス流量が飽和する最小のウェイストゲート弁開度）を「飽和最小開度」と称する。
【００５３】
押出損失については、図５から分かるように、ウェイストゲート弁開度を全閉から徐々に大きくしていったとき、ウェイストゲート弁開度が上記飽和最小開度に達したところで押出損失はほぼ最低となり、ウェイストゲート弁開度を飽和最小開度以上に大きくしても、押出損失はそれ以上低減されなくなる。押出損失がそれ以上低減されなければ、燃費特性もそれ以上は改善されない。従って、ウェイストゲート弁開度が飽和最小開度に達したところで、燃費特性の改善幅も飽和するとみなすことができる。すなわち、ウェイストゲート弁開度を飽和最小開度以上に大きくしても、それ以上は燃費特性は改善されないと判断できる。
【００５４】
ここで、ウェイストゲート弁２８を開いている状態で加速要求が生じた場合の、加速応答性について考えてみると、ウェイストゲート弁開度はできるだけ小さい方が好ましい。加速要求が生じた場合に、ウェイストゲート弁開度が小さいほど、ウェイストゲート弁２８を閉じるのに要する時間が短いので、過給圧を早く上昇させることができ、加速を早く開始することができるからである。
【００５５】
以上のことから、ウェイストゲート弁２８を開くことによる燃費特性の改善効果を最大限に享受しつつ、加速要求が生じた場合の加速応答性をできるだけ良くするためには、ウェイストゲート弁開度を飽和最小開度に保持することが望ましい、と言える。そこで、本実施形態では、ウェイストゲート弁２８を開く場合には、ウェイストゲート弁開度が飽和最小開度になるようにすべく、ダイアフラム式アクチュエータ３０の作動を制御することとした。飽和最小開度は、エンジン運転状態（エンジン回転数、エンジン負荷率）によって変化する。このため、この制御においては、運転状態に応じた飽和最小開度となるようにウェイストゲート弁開度を制御することが必要となる。そこで、本実施形態では、エンジン運転状態と飽和最小開度との関係を予め調べて、その関係を規定したマップを作成し、そのマップをＥＣＵ５０に予め記憶しておくこととした。エンジン運転状態と飽和最小開度との関係を規定したこのマップを、以下「基本開度マップ」と称する。この基本開度マップを作成するに際して、飽和最小開度は、次のようにして求めることができる。
【００５６】
バイパス流量をｍb、ウェイストゲート弁２８により開閉されるバイパス通路２６出口の開口面積（以下、「ウェイストゲート開口面積」と称する）をＡWGV、流量係数をμ、気体定数をＲ、タービン２２の上流側の温度（以下、「タービン上流温度」と称する）をＴ4、比熱比をκとすると、バイパス流量ｍbは、下記（７）式により算出することができる。ただし、（７）式中のΦ（Ｐ4/Ｐ6）は、下記（８）式により定義される。
【００５７】
【数１】
2011114448.tif 000003
【００５８】
上記式において、流量係数μおよびウェイストゲート開口面積ＡWGVは、それぞれ、ウェイストゲート弁開度ｘに応じて定まる値である。ウェイストゲート開口面積ＡWGVについては、図６を参照して説明する。
【００５９】
図６は、ウェイストゲート開口面積ＡWGVを説明するための図である。図６に示すように、バイパス通路２６出口に接触する側のウェイストゲート弁２８の端面と、バイパス通路２６出口の端面との間に、ウェイストゲート弁２８と同じ直径の円筒があると仮想する（図６中の網掛け部分）。この円筒の外周面の面積をＳとする。この面積Ｓは、ウェイストゲート弁開度ｘに応じて、幾何学的に算出することができる。面積Ｓがバイパス通路２６出口の流路断面積ＳWGV以下となる状態では、バイパス通路２６出口とウェイストゲート弁２８との隙間に形成される有効な開口面積は、面積Ｓによって制限される。一方、面積Ｓがバイパス通路２６出口の流路断面積ＳWGV以上となる状態では、バイパス通路２６出口の有効な開口面積は、流路断面積ＳWGVによって制限される。従って、ウェイストゲート開口面積ＡWGVは、ウェイストゲート弁開度ｘに応じて変化する面積Ｓと、固定値ＳWGVとのうち、何れか小さい方の値に等しいことになる。このようにして、ウェイストゲート開口面積ＡWGVをウェイストゲート弁開度ｘに応じて算出することができる。
【００６０】
以上のように、上記（７）式および（８）式によれば、ウェイストゲート弁開度ｘと、タービン上流圧力Ｐ4と、タービン上流温度Ｔ4と、タービン下流圧力Ｐ6とに基づいて、バイパス流量ｍbを算出することができる。そこで、ウェイストゲート弁開度ｘを全閉状態から段階的に大きくしながら、各段階でタービン上流圧力Ｐ4、タービン下流圧力Ｐ6およびタービン上流温度Ｔ4を測定し、それらの測定値を上記（７）式および（８）式に代入してバイパス流量ｍbを算出する。これにより、バイパス流量ｍbが飽和する最小のウェイストゲート弁開度、すなわち飽和最小開度を求めることができる。このような実験操作を、エンジン運転状態の異なる各点ごとに行うことにより、エンジン運転状態と飽和最小開度との関係を把握し、その関係に基づいて基本開度マップを作成することができる。なお、上記実験操作において、タービン上流圧力Ｐ4およびタービン下流圧力Ｐ6については、直接に測定するのではなく、後述する方法によって推定するようにしてもよい。
【００６１】
ＥＣＵ５０は、上記基本開度マップと、前述したセンサ系統によって検出されるエンジン回転数およびエンジン負荷率とを照合することにより、そのときのエンジン運転状態の下での飽和最小開度を算出することができる。また、本実施形態において、ＥＣＵ５０には、ウェイストゲート弁開度ｘを、所与の開度に一致させるために必要なダイアフラム圧力を算出するためのマップ（以下、「ダイアフラム圧力マップ」と称する）が記憶されている。ＥＣＵ５０は、基本開度マップに基づいて算出された飽和最小開度にウェイストゲート弁開度を一致させるために必要なダイアフラム圧力をダイアフラム圧力マップに基づいて算出し、その算出されたダイアフラム圧力が実現されるように、圧力調整弁８６を制御する。これにより、実際のウェイストゲート弁開度を飽和最小開度に精度良く保持することができる。その結果、ウェイストゲート弁２８を開くことによる燃費特性の改善効果を最大限に享受しつつ、加速要求が生じた場合には良好な加速応答性を発揮させることができる。
【００６２】
更に、本実施形態では、ウェイストゲート弁開度をより正確に飽和最小開度に一致させるべく、以下に説明するようなフィードバック制御を行うようにしてもよい。本フィードバック制御において、ＥＣＵ５０は、タービン上流温度Ｔ4およびタービン下流圧力Ｐ6を推定し、それらの推定値を上記（７）式および（８）式に代入して計算を行うことにより、飽和最小開度を算出する。ＥＣＵ５０には、ウェイストゲート弁開度ｘと流量係数μとの関係を規定するマップ、および、ウェイストゲート弁開度ｘとウェイストゲート開口面積ＡWGVとの関係を規定するマップが予め記憶されている。更に、ＥＣＵ５０には、エンジン回転数およびエンジン負荷率に基づいてタービン上流温度Ｔ4を算出するためマップが予め記憶されている。ＥＣＵ５０は、それらのマップを用いて、流量係数μ、ウェイストゲート開口面積ＡWGV、タービン上流温度Ｔ4をそれぞれ算出することにより、上記（７）式および（８）式の計算を行うことができる。
【００６３】
図７は、ウェイストゲート弁開度のフィードバック制御を行うために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、本ルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行されるものとする。
【００６４】
図７に示すルーチンによれば、初めに、実際のウェイストゲート弁開度を、基本開度マップから算出される飽和最小開度に一致させるための制御、すなわちフィードフォワード的な制御が次のようにして実行される（ステップ１００）。まず、現在のエンジン回転数およびエンジン負荷率を基本開度マップに照合することにより、飽和最小開度が算出される。ここで算出される飽和最小開度をｘ1とする。次に、実際のウェイストゲート弁開度を、上記飽和最小開度ｘ1に一致させるために必要なダイアフラム圧力ＰDを算出し、圧力調整弁８６を制御することにより、その算出されたダイアフラム圧力ＰDを設定する。これにより、実際のウェイストゲート弁開度は、基本開度マップに基づいて算出された飽和最小開度ｘ1に制御される。
【００６５】
続いて、エアフローメータ３６で検出される新気量に基づいて、タービン下流圧力Ｐ6が推定される（ステップ１０２）。図８は、新気量とタービン下流圧力Ｐ6との関係を表すマップである。ＥＣＵ５０には、図８に示すようなマップが予め記憶されている。このステップ１０２では、そのマップに基づいて、タービン下流圧力Ｐ6の推定値を算出することができる。
【００６６】
次いで、過給圧センサ４０により、過給圧Ｐ3が検出される（ステップ１０４）。続いて、この検出された過給圧Ｐ3と、新気量と、タービン下流圧力Ｐ6とに基づいて、タービン上流圧力Ｐ4が以下のようにして推定される（ステップ１０６）。図９は、膨張比Ｐ4/Ｐ6と、過給圧Ｐ3との関係を表すマップである。ＥＣＵ５０には、図９に示すようなマップが予め記憶されている。新気量を一定にした場合、膨張比Ｐ4/Ｐ6と過給圧Ｐ3との関係は、図９中の右下がりの曲線で表される。この曲線は、新気量が多くなると図９中の右斜め上方向に移動し、新気量が少なくなると図９中の左斜め下方向に移動する。エアフローメータ３６による新気量の検出値を用いれば、図９中の右下がりの曲線を一つに決定することができる。従って、図９中で、その決定された右下がりの曲線と、過給圧センサ４０による過給圧Ｐ3の検出値を表す水平方向の直線との交点が、現在の状態であると判定することができる。これにより、現在の膨張比Ｐ4/Ｐ6を求めることができる。その求められた膨張比Ｐ4/Ｐ6の値で、上記ステップ１０２で算出されたタービン下流圧力Ｐ6の推定値を除算することにより、タービン上流圧力Ｐ4の推定値を算出することができる。
【００６７】
なお、タービン上流圧力Ｐ4は、上記の方法に限らず、以下のようにして推定してもよい。ウェイストゲート弁開度を一定にした場合、膨張比Ｐ4/Ｐ6と過給圧Ｐ3との関係は、図９中の右上がりの曲線で表される。この曲線は、ウェイストゲート弁開度が大きくなると図９中の上方向へ移動し、ウェイストゲート弁開度が小さくなると図９中の下方向へ移動する。上記ステップ１００の処理により、ウェイストゲート弁開度は、ｘ1に制御されているので、既知である。よって、そのｘ1の値に基づき、図９中の右上がりの曲線を一つに決定することができる。その決定された右上がりの曲線と、新気量から決定された右下がりの曲線との交点が、現在の状態であると判定することができる。以下、上記と同様にして、タービン上流圧力Ｐ4の推定値を算出することができる。この方法の場合には、過給圧Ｐ3の検出値を用いることなく、タービン上流圧力Ｐ4を推定することができる。
【００６８】
上述したステップ１０６の処理に続いて、上記ステップ１０２で算出されたタービン下流圧力Ｐ6の推定値と、上記ステップ１０６で算出されたタービン上流圧力Ｐ4の推定値を上記（７）式および（８）式に代入して計算を行うことにより、飽和最小開度を算出する処理が実行される（ステップ１０８）。すなわち、このステップ１０８では、計算上でウェイストゲート弁開度ｘの値を変化させながらバイパス流量ｍbを繰り返し算出し、バイパス流量ｍbが飽和する最小のウェイストゲート弁開度ｘの値を探索することにより、飽和最小開度を算出する。ここで算出される飽和最小開度をｘ2とする。
【００６９】
上記ステップ１０８で算出された飽和最小開度ｘ2は、現在のタービン上流圧力Ｐ4およびタービン下流圧力Ｐ6の推定値に基づいて算出されたものであるので、上記ステップ１００で基本開度マップからフィードフォワード的に算出された飽和最小開度ｘ1と比べ、より正確な値であると言える。このため、図７のルーチンにおけるステップ１１０以降の処理では、飽和最小開度ｘ2と、現在の実際のウェイストゲート弁開度である飽和最小開度ｘ1との間に偏差が存在する場合には、実際のウェイストゲート弁開度を、より正確な飽和最小開度ｘ2に移行させるべく、ダイアフラム圧力を補正することが行われる。
【００７０】
具体的には、まず、飽和最小開度ｘ2と飽和最小開度ｘ1とが一致しているかどうかが判断される（ステップ１１０）。飽和最小開度ｘ2と飽和最小開度ｘ1とが一致している場合には、現在の実際のウェイストゲート弁開度が飽和最小開度ｘ2に一致していることになるので、ダイアフラム圧力の補正は不要である。このため、この場合には、本ルーチンの処理がここで終了される。
【００７１】
一方、上記ステップ１１０で、飽和最小開度ｘ2と飽和最小開度ｘ1とが一致していなかった場合には、次に、目標開度である飽和最小開度ｘ2と、現在の開度である飽和最小開度ｘ1との偏差Δｘ＝ｘ2−ｘ1が算出される（ステップ１１２）。ウェイストゲート弁開度をΔｘだけ変位させるとすると、バネ力ＦSPがｋ・Δｘだけ増加する。このため、ウェイストゲート弁開度をΔｘだけ変位させるには、バネ力ＦSPの増分ｋ・Δｘと釣合うように、ダイアフラム圧力を増加させればよい。従って、必要なダイアフラム圧力の増分をΔＰとすると、次式が成り立つ。
ΔＰ・ＳD＝ｋ・Δｘ      ・・・（９）
ΔＰ＝ｋ・Δｘ／ＳD      ・・・（１０）
【００７２】
そこで、上記ステップ１１２の処理に続いて、圧力調整弁８６を制御することにより、ダイアフラム圧力を上記（１０）式で算出されるΔＰだけ加圧（ΔＰ＜０の場合は減圧）する処理が実行される（ステップ１１４）。これにより、実際のウェイストゲート弁開度を、目標開度である飽和最小開度ｘ2に一致させる（または近づける）ことができる。
【００７３】
以上説明した図７に示すルーチンの制御によれば、エンジン１０の運転状態に応じて定まる飽和最小開度をより正確に求めることができ、その正確な飽和最小開度に実際のウェイストゲート弁開度が近づくように、ダイアフラム式アクチュエータ３０を駆動することができる。このため、ウェイストゲート弁２８を開くことによる燃費特性の改善効果を最大限に享受することと、加速要求が生じた場合の加速応答性を可能な限り良くすることとを、より確実に両立することができる。
【００７４】
上述した実施の形態１においては、電動ポンプ８４、圧力調整弁８６およびダイアフラム式アクチュエータ３０が前記第１の発明における「駆動機構」に相当している。また、ＥＣＵ５０が、図７に示すルーチンの処理を実行することにより前記第１の発明における「ウェイストゲート弁開度制御手段」が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第２の発明における「駆動機構制御手段」が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第３の発明における「タービン下流圧力取得手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第３の発明における「タービン上流圧力取得手段」が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより前記第３の発明における「飽和最小開度算出手段」が、上記ステップ１１２および１１４の処理を実行することにより前記第３の発明における「開度補正手段」が、それぞれ実現されている。
【００７５】
なお、本実施形態では、ダイアフラム式アクチュエータによってウェイストゲート弁を駆動する場合を例に説明したが、本発明におけるウェイストゲート弁の駆動機構は、ダイアフラム式アクチュエータを用いたものに限定されるものではなく、例えば、電気モータを用いた駆動機構であってもよい。
【００７６】
実施の形態２．
次に、図１０を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態のハードウェア構成は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００７７】
正圧型のダイアフラム式アクチュエータ３０が用いられている場合、ウェイストゲート弁２８を開いている状態では、ダイアフラム式アクチュエータ３０に対し正圧源から正圧が供給された状態になっている。この状態からウェイストゲート弁２８を閉じるためには、その正圧を開放し、ダイアフラム圧力を低下させる必要がある。ウェイストゲート弁２８を開いている状態で作用している正圧が大きいほど、ウェイストゲート弁２８が閉じる圧力にまでダイアフラム圧力を低下させるのに要する時間が長くなる。従って、ウェイストゲート弁２８をできるだけ迅速に閉じるためには、ウェイストゲート弁２８を開いている状態で作用しているダイアフラム圧力（正圧）は、なるべく小さい方がよい。逆に、ウェイストゲート弁２８を開いているとき、必要以上に大きいダイアフラム圧力が作用していることは、ウェイストゲート弁２８を閉じるのに要する時間が長くなることにつながり、好ましくない。以上のことから、ウェイストゲート弁２８を閉じるのに必要な時間を可能な限り短縮するためには、ウェイストゲート弁２８を開いているとき、その開度を保持するためにぎりぎり必要な圧力がダイアフラム６２に作用している状態が望ましいと言える。
【００７８】
正圧型のダイアフラム式アクチュエータ３０の場合、ウェイストゲート弁２８に作用する３つの力の合力Ｆは、前述した（４）式で表される。ウェイストゲート弁２８が開いている場合に、この合力Ｆがゼロになっていれば、ぎりぎりのダイアフラム圧力でウェイストゲート弁２８が開かれていることになるので、上述した望ましい状態であると言える。そこで、本実施形態では、ウェイストゲート弁２８が開いているとき、ウェイストゲート弁２８に作用する合力Ｆがゼロに近くなるようにすべく、ダイアフラム圧力を制御することとした。
【００７９】
ウェイストゲート弁２８が開いているときにウェイストゲート弁２８に作用する合力Ｆがゼロになっていた方がウェイストゲート弁２８を迅速に閉じられるという事情は、負圧型のダイアフラム式アクチュエータ３０’が用いられている場合でも同じである。負圧型のダイアフラム式アクチュエータ３０’の場合は、負圧源からの負圧が作用していないとき、ウェイストゲート弁２８は開いた状態になっている。この状態からウェイストゲート弁２８を閉じるためには、負圧源からの負圧をダイアフラム６２に作用させ、ダイアフラム圧力を所定値以下まで減圧する必要がある。この場合も、ウェイストゲート弁２８が閉じる際に必要なダイアフラム圧力の変化量が大きいほど、ウェイストゲート弁２８を閉じるのに要する時間が長くなる。ウェイストゲート弁２８が開いている状態で、ダイアフラム６２に負圧が全く作用していない場合には、ウェイストゲート弁２８を閉じる際に必要なダイアフラム圧力の変化量が大きいので、ウェイストゲート弁２８を閉じるのに要する時間が長くなる。これに対し、ウェイストゲート弁２８が開いている状態で、ダイアフラム６２に初めから多少の負圧が作用していれば、ウェイストゲート弁２８を閉じる際に必要なダイアフラム圧力の変化量が小さくて済むので、ウェイストゲート弁２８を閉じるのに要する時間を短くすることができる。従って、ウェイストゲート弁２８を閉じるのに必要な時間を可能な限り短縮するためには、ウェイストゲート弁２８を開いているとき、その開度を保持できるぎりぎりの限界までは、ダイアフラム６２に予め負圧を作用させておく状態が望ましいと言える。
【００８０】
負圧型のダイアフラム式アクチュエータ３０’の場合、ウェイストゲート弁２８に作用する３つの力の合力Ｆは、前述した（６）式で表される。ウェイストゲート弁２８が開いている場合に、この合力Ｆがゼロになっていれば、ウェイストゲート弁２８が閉じないぎりぎりの大きさの負圧がダイアフラム６２に作用していることになるので、上述した望ましい状態であると言える。以上のことから、負圧型のダイアフラム式アクチュエータ３０’が用いられている場合にも、ウェイストゲート弁２８が開いているときにウェイストゲート弁２８に作用する合力Ｆがゼロに近くなるようにダイアフラム圧力を制御することにより、ウェイストゲート弁２８を閉じるのに必要な時間を可能な限り短縮することができる。
【００８１】
図１０は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図１０に示すルーチンによれば、初めに、実際のウェイストゲート弁開度を、基本開度マップから算出される開度に一致させるための制御が次のようにして実行される（ステップ２００）。まず、現在のエンジン回転数およびエンジン負荷率を基本開度マップに照合することにより、基本ウェイストゲート弁開度が算出される。なお、本実施形態の基本開度マップは、実施の形態１と同様の飽和最小開度のマップであってもよいし、飽和最小開度とは無関係に決定された開度のマップであってもよい。基本ウェイストゲート弁開度が算出されると、次に、実際のウェイストゲート弁開度をその基本ウェイストゲート弁開度に一致させるために必要なダイアフラム圧力ＰDがダイアフラム圧力マップに基づいて算出される。そして、圧力調整弁８６を制御することにより、実際のダイアフラム圧力が、その算出されたダイアフラム圧力ＰDに一致するように制御される。これにより、実際のウェイストゲート弁開度は、基本開度マップに基づいて算出された基本ウェイストゲート弁開度に制御される。
【００８２】
続いて、ウェイストゲート弁２８に作用する合力Ｆを算出する処理が実行される（ステップ２０２）。具体的には、ダイアフラム力ＦD、バネ力ＦSPおよび自然開閉力ＦΔPが前述した式に基づいてそれぞれ計算され、それらに基づいて合力Ｆが算出される。なお、自然開閉力ＦΔPの算出に必要なタービン上流圧力Ｐ4およびタービン下流圧力Ｐ6の値は、実施の形態１で説明した方法によって推定すればよい。
【００８３】
次いで、上記ステップ２０２で算出された合力Ｆがゼロであるかどうかが判断される（ステップ２０４）。このステップ２０４で、合力Ｆがゼロになっていれば、目的は既に達成されているので、本ルーチンの処理がここで終了される。一方、合力Ｆがゼロでなかった場合には、合力Ｆがゼロになるようにすべくダイアフラム圧力を補正する処理が実行される（ステップ２０６）。具体的には、次のような処理が実行される。
【００８４】
必要なダイアフラム圧力の補正量をΔＰとすると、補正後のダイアフラム力は、（ＰD＋ΔＰ）・ＳDと表すことができる。この補正後のダイアフラム力（ＰD＋ΔＰ）・ＳDと、バネ力ＦSPと、自然開閉力ＦΔPとに基づいて算出される合力Ｆをゼロに等しいと置いた式を解くことにより、必要なダイアフラム圧力の補正量ΔＰを算出することができる。そして、圧力調整弁８６により、その算出されたΔＰの分だけ、ダイアフラム圧力を加圧または減圧する制御が実行される。これにより、ウェイストゲート弁２８に作用する合力Ｆを可及的にゼロに近づけることができる。
【００８５】
以上説明した図１０に示すルーチンの制御によれば、ウェイストゲート弁２８を開いているとき、ウェイストゲート弁２８に作用する合力Ｆを可及的にゼロに近づけることができる。これにより、ウェイストゲート弁２８を閉じる際に必要なダイアフラム圧力の変化量を可及的に小さくすることができる。このため、加速要求が発生してウェイストゲート弁２８を閉じる必要が生じた場合に、ウェイストゲート弁２８を迅速に閉じることができるので、加速応答性を向上することができる。
【００８６】
上述した実施の形態２においては、ロッド７２およびリンク３２が前記第６の発明における「連結部材」に、電動ポンプ８４および圧力調整弁８６が前記第６の発明における「圧力付与手段」に、コイルバネ７４が前記第６の発明における「付勢手段」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ２０２および２０６の処理を実行することにより前記第４の発明における「駆動力制御手段」が、上記ステップ２０２の処理を実行することにより前記第５の発明における「駆動力算出手段」および「自然開閉力算出手段」が、上記ステップ２０６の処理を実行することにより前記第５の発明における「駆動力補正手段」が、それぞれ実現されている。
【００８７】
実施の形態３．
次に、図１１および図１２を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態のハードウェア構成は、後述する点以外については、前述した実施の形態と同様であるので、説明を省略する。以下に説明する実施の形態３は、上述した実施の形態１または２と組み合わせて、実施されるものである。
【００８８】
図１１は、本発明の実施の形態３におけるダイアフラム式アクチュエータを示す縦断面図である。図１１に示すように、本実施形態のダイアフラム式アクチュエータ３０の低圧室６６には、第１コイルバネ７４に加えて、第２コイルバネ７８が更に設置されている。第１コイルバネ７４および第２コイルバネ７８は、共に、ダイアフラム６２を高圧室６４側に押圧することにより、ウェイストゲート弁２８に対して閉方向の付勢力を作用させる。ただし、第２コイルバネ７８は、第１コイルバネ７４より短いため、ウェイストゲート弁開度が、所定開度（以下、「境界開度」と称し、記号ｘbで表す）より小さい範囲では、ダイアフラム６２に当接せず、付勢力を作用させない。すなわち、ウェイストゲート弁開度が境界開度ｘbより小さい範囲では、第１コイルバネ７４のみの付勢力が作用し、ウェイストゲート弁開度が境界開度ｘbより大きい範囲では、第１コイルバネ７４および第２コイルバネ７８の両方の付勢力が作用する。このため、ウェイストゲート弁２８に作用する付勢力（バネ力ＦSP）のバネ定数は、ウェイストゲート弁開度が境界開度ｘbより大きい範囲では、ウェイストゲート弁開度が境界開度ｘbより小さい範囲と比べて、高くなる。すなわち、ウェイストゲート弁開度の増大に対する付勢力の増加率は、境界開度ｘbを境として、大開度側では小開度側と比べて大きくなる。
【００８９】
図１２は、ウェイストゲート弁２８を閉じるまでに要する時間を説明するための図である。図１２中、縦軸は、ダイアフラム圧力をウェイストゲート弁２８が閉じる圧力にまで変化させるために必要な時間、すなわちウェイストゲート弁２８を閉じるまでに要する時間を表しており、横軸は、初めの（閉じる前の）ウェイストゲート弁開度を表している。図１２に示すように、閉じる前のウェイストゲート弁開度が大きいほど、ウェイストゲート弁２８を閉じるまでに要する時間は長くなる。ここで、第２コイルバネ７８が無く、第１コイルバネ７４だけしか設けられていないと仮定した場合には、図１２中の一点鎖線で示すように、ウェイストゲート弁２８を閉じるまでに要する時間は、閉じる前のウェイストゲート弁開度に比例して大きくなる。このため、閉じる前のウェイストゲート弁開度が大きかった場合には、ウェイストゲート弁２８を閉じるまでに要する時間がそれに応じて長くなり、加速応答性に悪影響を及ぼす場合がある。
【００９０】
これに対し、本実施形態では、第２コイルバネ７８を設けたことにより、ウェイストゲート弁開度が境界開度ｘbより大きい範囲では、ウェイストゲート弁２８に対する閉方向の付勢力を増強することができる。このため、図１２中の太い実線で示すように、閉じる前のウェイストゲート弁開度が境界開度ｘbより大きい範囲にあった場合であっても、ウェイストゲート弁２８を閉じるまでに要する時間が過大になることを抑制することができる。このように、本実施形態によれば、ウェイストゲート弁２８を大きく開いていた場合であっても、加速要求が発生したときにウェイストゲート弁２８を迅速に閉じることができるので、良好な加速応答性が得られる。
【００９１】
上記境界開度ｘbをどのような開度に設定するかは、特に限定されないが、エンジン１０の所定の運転状態の下でウェイストゲート弁２８を開いた場合にバイパス通路２６を通過する排気ガス流量が飽和する最小のウェイストゲート弁開度（すなわち飽和最小開度）に等しい開度に設定されていることが望ましい。
【００９２】
実施の形態１で説明したように、燃費特性を改善するためにウェイストゲート弁２８を開く場合には、ウェイストゲート弁開度を飽和最小開度に一致させることにより、燃費特性の改善効果を可能な限り高くすることと、加速要求が生じた場合の加速応答性を可能な限り良くすることとを両立することができる。ウェイストゲート弁開度が飽和最小開度より大きい場合には、ウェイストゲート弁２８が必要以上に大きく開かれていることになるので、ウェイストゲート弁２８を飽和最小開度にまで閉じることが望ましい。境界開度ｘbを飽和最小開度に設定しておくと、ウェイストゲート弁２８が飽和最小開度より大きい開度に開かれている場合に、ウェイストゲート弁２８を迅速に飽和最小開度まで閉じることができるという利点がある。
【００９３】
なお、境界開度ｘbを飽和最小開度に等しく設定する場合、その飽和最小開度は、上述したように、エンジン１０の所定の運転状態の下での飽和最小開度である。実施の形態１で説明したように、飽和最小開度は、エンジン運転状態（エンジン回転数およびエンジン負荷率）に応じて変化する。このため、境界開度ｘbは、例えば、最も多用されると予想されるエンジン運転状態における飽和最小開度に等しく設定することが望ましい。それ以外のエンジン運転状態では、境界開度ｘbは厳密には飽和最小開度に一致しなくなる。しかしながら、エンジン運転状態の変化に対する飽和最小開度の変化の範囲は、それほど大きなものではない。このため、境界開度ｘbを所定のエンジン運転状態の飽和最小開度に等しく設定しておけば、他のエンジン運転状態において、境界開度ｘbは飽和最小開度の近くに位置する。従って、他のエンジン運転状態においても、上記の効果を得ることが可能である。
【００９４】
上述した実施の形態３においては、第１コイルバネ７４および第２コイルバネ７８が前記第７の発明における「付勢手段」に相当しているが、前記第７の発明における「付勢手段」の構成は、これに限定されるものではなく、ウェイストゲート弁開度の増大に対する付勢力の増加率が、所定の境界開度を境に大開度側で小開度側より大きくなる、という特性を満足できるものであれば、いかなる構成のものでもよい。
【符号の説明】
【００９５】
１０            エンジン
１４            吸気通路
１６            排気通路
１８            スロットル弁
２０            ターボチャージャ
２２            タービン
２４            コンプレッサ
２６            バイパス通路
２８            ウェイストゲート弁
３０            ダイアフラム式アクチュエータ
３２            リンク
６２            ダイアフラム
６４            高圧室
６６            低圧室
６８            接続口
７２            ロッド
７４            コイルバネ
７８            第２コイルバネ
８４            電動ポンプ
８６            圧力調整弁
【図１】
2011114448.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年12月1日(2011.12.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置されたタービンと吸気通路に配置されたコンプレッサとを有するターボチャージャと、
前記タービンの上流側の排気通路と下流側の排気通路とを連通するバイパス通路を開閉するウェイストゲート弁と、
前記ウェイストゲート弁を駆動する駆動機構と、
前記駆動機構により前記ウェイストゲート弁を開く場合に、前記ウェイストゲート弁の開度が、前記バイパス通路を通過する排気ガス流量が飽和する最小の開度である飽和最小開度になるようにすべく、前記駆動機構を制御するウェイストゲート弁開度制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記ウェイストゲート弁開度制御手段は、
前記内燃機関の運転状態と、前記飽和最小開度との関係を規定した基本開度マップと、
前記基本開度マップを用いて算出された開度に基づいて、前記駆動機構を制御する駆動機構制御手段と、
を含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記ウェイストゲート弁開度制御手段は、
前記タービンの下流側の排気通路の圧力を検出または推定するタービン下流圧力取得手段と、
前記タービンの上流側の排気通路の圧力を検出または推定するタービン上流圧力取得手段と、
前記タービン下流圧力取得手段により取得されたタービン下流圧力と、前記タービン上流圧力取得手段により取得されたタービン上流圧力とに基づいて、前記飽和最小開度を算出する飽和最小開度算出手段と、
前記ウェイストゲート弁の開度が、前記飽和最小開度算出手段により算出された開度に近づくようにすべく、前記駆動機構を制御する開度補正手段と、
を含むことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記ウェイストゲート弁に対し閉方向の付勢力を作用させる付勢手段を備え、
前記付勢手段は、前記ウェイストゲート弁開度の増大に伴って前記付勢力が増加するとともに、前記ウェイストゲート弁開度の増大に対する前記付勢力の増加率が、所定の境界開度を境に大開度側で小開度側より大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記境界開度は、前記内燃機関の所定の運転状態の下で前記ウェイストゲート弁を開いた場合に前記バイパス通路を通過する排気ガス流量が飽和する最小のウェイストゲート弁開度に等しい開度に設定されていることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記ウェイストゲート弁に対し閉方向の付勢力を作用させる付勢手段を備え、
前記付勢手段は、前記ウェイストゲート弁開度の増大に伴って前記付勢力が増加するとともに、前記ウェイストゲート弁開度の増大に対する前記付勢力の増加率が、所定の境界開度を境に大開度側で小開度側より大きくなるように構成されている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、第５の発明は、第４の発明において、
前記境界開度は、前記内燃機関の所定の運転状態の下で前記ウェイストゲート弁を開いた場合に前記バイパス通路を通過する排気ガス流量が飽和する最小のウェイストゲート弁開度に等しい開度に設定されていることを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
第４の発明によれば、ウェイストゲート弁を大きく開いていた場合であっても、加速要求が発生したときにウェイストゲート弁を迅速に閉じることができ、良好な加速応答性が得られる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
第５の発明によれば、ウェイストゲート弁を大きく開いていた場合に、燃費特性の改善効果が最大限に得られる範囲で最小の開度にまで、ウェイストゲート弁を迅速に閉じることができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９４】
上述した実施の形態３においては、第１コイルバネ７４および第２コイルバネ７８が前記第４の発明における「付勢手段」に相当しているが、前記第４の発明における「付勢手段」の構成は、これに限定されるものではなく、ウェイストゲート弁開度の増大に対する付勢力の増加率が、所定の境界開度を境に大開度側で小開度側より大きくなる、という特性を満足できるものであれば、いかなる構成のものでもよい。
【国際調査報告】
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2011114448.tif 000017
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